CN106612045A - 流力发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种流力发电装置，包含一个基座、一个转动单元、一个驱转单元，及数个发电单元。该基座包含一支轴杆，该转动单元包括一个间隔枢设于轴杆外的内转轴，及一个间隔枢设于内转轴外的外转轴。该驱转单元能分别带动内转轴与该外转轴往相反方向转动。每一个发电单元包括一个安装在内转轴的内转子，及一个安装在外转轴的外转子，当内转子与外转子相对旋转通过时，所述发电单元会产生感应电流输出。通过使外转子与内转子分别朝相反方向旋转，能提高相对旋转通过时的相对转速，以提升所述发电单元的整体发电效率，进而减少材料成本。

Description

流力发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电机，特别是涉及一种利用风力、潮汐、洋流等推力来推动叶片旋转以产生电力的流力发电装置。
背景技术
目前市面上已有相当多种利用风力、潮汐、洋流等推力来产生电力的流力发电装置。参阅图1和图2，一种如中国台湾证书号数第M502286号实用新型专利所提出的外壳转动式的发电机，包含一个基座9、一个驱动单元8，及至少一个发电单元7。该基座9包括一支轴杆91。该驱动单元8包括一个能转动地间隔套置枢设于该轴杆91外的外转轴81，及数个安装于该外转轴81且能受外力驱动而连动该外转轴81绕着该轴杆91旋转的叶片模块82。该发电单元7包括一个安装在该外转轴81并位于该外转轴81与该轴杆91间的转子71，及一个安装在该轴杆91并位于该转子71与该轴杆91间的定子72，通过将定子72不动地位于中心并使转子71围绕于该定子72转动的设计，当该转子71被该外转轴81带动而相对旋转通过该定子72时，会切割该转子71与该定子72间的磁力线，而使该发电单元7产生感应电流输出，且转动速度越快，发电的效率越好。
然而该发电机的设计，只有转子71会随着所述叶片模块82受到风力推动而转动，该定子72是静止不动的位于中心，因此该转子71与该定子72间的相对转速相当有限，并无法有效的提升发电效率，且为了维持所需的发电量，难以降低该发电单元的材料成本，例如线圈的圈数无法降低，因此现有的发电机仍有待改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能提高发电效率并降低材料成本的流力发电装置。
本发明的流力发电装置，包含一个基座、一个转动单元、一个驱转单元，及至少一个发电单元。该基座包括一支轴杆。该转动单元包括一个能转动地套设于该轴杆外的内转轴。该驱转单元包括数个彼此角度相间隔地由该内转轴向外延伸且能受外力驱动而连动该内转轴往一个第一转动方向旋转的第一叶片模块。该转动单元还包括一个能转动地间隔套设于该内转轴外的外转轴。该驱转单元包括数个彼此角度相间隔地由该外转轴向外延伸且能受外力驱动而连动该外转轴往一个相反于该第一转动方向的第二转动方向旋转的第二叶片模块。该至少一个发电单元包括一个安装在该内转轴并位于该内转轴与该外转轴间的内转子，及一个安装在该外转轴并位于该内转子与该外转轴间的外转子，该内转子会被该内转轴带动而绕该轴杆往该第一转动方向旋转，该外转子会被该外转轴带动而绕该轴杆往该第二转动方向旋转，当该内转子与该外转子彼此相对旋转时，会产生感应电流输出。
本发明所述的流力发电装置，该内转轴具有一个间隔套设于该外转轴内且与该外转轴内外相配合界定出一个发电空间的第一发电段，及一个由该第一发电段向该发电空间外延伸且供所述第一叶片模块安装的第一驱转段。
本发明所述的流力发电装置，每一个第一叶片模块与每一个第二叶片模块皆包括一个位于该远离该轴杆的一侧且呈弧形片状的方向导流板，该第一叶片模块的方向导流板沿该第一转动方向反向延伸，该第二叶片模块的方向导流板沿该第二转动方向反向延伸。
本发明所述的流力发电装置，该轴杆为左右横向延伸。
本发明所述的流力发电装置，该轴杆为上下直立延伸。
本发明所述的流力发电装置，该外转轴包括一个供所述第二叶片模块安装的第二驱转段、一个间隔位于该第二驱转段下方的第二发电段，以及一个连接于该第二驱转段与该第二发电段间且由上往下逐渐径扩的径扩段，该内转轴与该第二发电段共同界定出该发电空间。
本发明所述的流力发电装置，该内转子具有至少一组安装于该内转轴的电枢绕组，该外转子具有至少一组安装在该外转轴的磁极对，当该内转子与该外转子彼此相对旋转时，该至少一组电枢绕组会产生感应电流输出。
本发明所述的流力发电装置，该内转子具有至少一组安装于该内转轴的磁极对，该外转子具有至少一组安装在该外转轴的电枢绕组，当该内转子与该外转子彼此相对旋转时，该至少一组电枢绕组会产生感应电流输出。
本发明的有益效果在于：通过该转动单元与该驱动单元的设计，使该至少一个发电单元的内转子与外转子能分别朝相反方向转动，以提高该外转子与该内转子相对旋转通过时的相对转速，并提升所述发电单元的整体发电效率，进而降低该至少一个发电单元的材料成本。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一个不完整的立体图，说明现有的发电机；
图2是一个不完整的剖视侧视图，说明现有的发电机的内部结构；
图3是一个不完整的立体图，说明本发明流力发电装置的第一实施例；
图4是一个不完整的剖视前视图，说明该第一实施例的内部结构；
图5是沿着图4中V-V线所截取的剖面图，说明该第一实施例的数个第一叶片模块受到流体沿一个施力方向施力；
图6是沿着图4中Ⅵ-Ⅵ线所截取的剖面图，说明该第一实施例的发电单元内部结构；
图7是沿着图4中Ⅶ-Ⅶ线所截取的剖面图，说明该第一实施例的运转过程；
图8是一个不完整的立体图，说明本发明流力发电装置的第二实施例；
图9是一个不完整的剖视侧视图，说明本发明流力发电装置的第三实施例。
具体实施方式
在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图3与图4，本发明流力发电装置的第一实施例，包含一个基座1、一个转动单元2、一个驱转单元3，及数个发电单元4。
该基座1用于支撑该转动单元2，并包括一支沿着一个左右方向延伸的轴杆11。该轴杆具有一个位于中心的轴线L。实施上该轴杆11能通过一个支撑架12支撑于两相反端，该支撑架12能垂直向下延伸或呈Y形。该轴杆11也能直接使其左右两相反端分别安装于两个彼此间隔的建筑物，只要能撑起该转动单元2即可。补充说明的是，该支撑架12的底端能相对于地面水平转动，该基座1能利用一个导流板(图未示)来带动该支撑架12转动，使该流力发电装置转动至正面受风的位置，实施上，该基座1的设计，不以本实施例为限。
该转动单元2包括能绕该轴杆11转动的一个内转轴21及一个外转轴22。该内转轴21沿该轴杆11长向延伸而呈中空长管状，并枢设于该轴杆11外，且该内转轴21的横断面呈环形。该外转轴22沿该轴杆11长向延伸而呈中空长管状，并枢设于该内转轴21外，且该外转轴22的横断面呈环形。该内转轴21具有一个间隔枢设于该外转轴22内且与该外转轴22内外相配合界定出一个发电空间23的第一发电段211，及一个由该第一发电段211向该发电空间23外延伸的第一驱转段212。补充说明的是，该内转轴21与该轴杆11间能利用轴承，使该内转轴21能相对所述轴杆11转动，且该内转轴21与该外转轴22间也能利用轴承，使该内转轴21与该外转轴22间能相对转动。由于该轴杆11为横向延伸，使本实施例的发电装置为垂直式横卧型的发电机。
该驱转单元3包括数个安装于该内转轴21的第一驱转段212的外周面的第一叶片模块31，及数个安装于该外转轴22的外周面的第二叶片模块32。所述第一叶片模块31能受外力驱动而连动该内转轴21往一个第一转动方向C1旋转。所述第二叶片模块32能受外力驱动而连动该外转轴22往一个相反于该第一转动方向C1的第二转动方向C2旋转。在本实施例中，所述第一叶片模块31与所述第二叶片模块32的构造相同，只是因为安装的方向不同，而能分别带动该内转轴21往该第一转动方向C1旋转，带动该外转轴22往该第二转动方向C2旋转，但实施上所述第一叶片模块31与所述第二叶片模块32也能为不同的叶片设计，只要能带动该内转轴21与该外转轴22往相反方向转动即可。
参阅图3与图5，在本实施例中，所述第一叶片模块31与所述第二叶片模块32皆为格栅式叶片模块的型态且数量分别为三个，以下仅以第一叶片模块31来说明其细部构造。
每一个第一叶片模块31具有一个格栅311、数个设置于该格栅311上的摆动叶片313，及一个方向导流板314。该格栅311具有数个间隔排列的穿透空间312。每一摆动叶片313用于能开启地遮挡对应的穿透空间312，且仅能单向地往相反于该第一转动方向C1的方向摆动来开启对应的穿透空间312。当所述摆动叶片313受到与该第一转动方向C1顺向的流体推动时，会贴靠于该格栅311且覆盖封闭与其对应的该穿透空间312，因而受到推力。当所述摆动叶片313受到与该第一转动方向C1逆向的流体推动时，会摆动而开启与其对应的穿透空间312，让流体能经由该穿透空间312穿过，而不受到推力。
该方向导流板314位于该格栅311远离该内转轴21的一侧，且略呈弧形长板片状，并沿该第一转动方向C1反向延伸，相反地，该第二叶片模块32的方向导流板则是沿该第二转动方向C2反向延伸，该方向导流板314能在该第一叶片模块31受到流体推动时，限制该流体的流动，以避免流体分散而降低旋转扭力。
当有流体沿一个如图5所示由前往后的施力方向F施力时，根据上述说明并配合图5能知，后上方的第一叶片模块31所受到的该施力方向F与该第一转动方向C1顺向，因此会受到推力；后下方的第一叶片模块31所受到的该施力方向F与该第一转动方向C1逆向，因此不会受到推力，相配合下，所述第一叶片模块31就能带动该内转轴21绕着该轴杆11往第一转动方向C1旋转。另外，位于前方的第一叶片模块31的摆动叶片313会因为转动时所产生的与该第一转动方向C1反向的逆向流场，而摆动开启与其对应的穿透空间312，以降低风阻。
因此，设计上只要让该第一叶片模块31的摆动叶片313与该第二叶片模块32的摆动叶片313单向摆动的方向相反，就能让所述第一叶片模块31与所述第二叶片模块32的转动方向相反，也就是，所述第一叶片模块31往第一转动方向C1旋转，所述第二叶片模块32往第二转动方向C2旋转。
参阅图4与图6，所述发电单元4是沿着该轴线L排列设置于该发电空间23内，每一个发电单元4包括一个安装在该内转轴21的第一发电段211的外周面并位于该外转轴22与该内转轴21间的内转子41，及一个安装在该外转轴22内周面并位于该内转子41与该外转轴22间的外转子42。该内转子41会被该内转轴21带动而往第一转动方向C1转动，该外转子42会被该外转轴22带动而往第二转动方向C2转动。
该内转子41具有一个环绕安装于该内转轴21的第一发电段211外周面的内环座411，及三组安装于该内环座411并绕着该该轴线L等角度间隔分布的电枢绕组412。每一个电枢绕组412具有两个径向相背地对称设置于该内环座411外周面的电枢芯座413，及一组圈绕安装于所述电枢芯座413的电枢线圈414。需要说明的是，本实施例设计有该内环座411，并将所述电枢芯座413同体连接于该内环座411，是为了方便该内转子41的制造与组装，实施上，所述电枢芯座413也能直接安装于该内转轴21的第一发电段211的外周面，不以本实施例为限。
在本实施例中，所述电枢芯座413与该内环座411为单一导磁块一体成型的结构设计，在其他变化例中，所述电枢芯座413与该内环座411也能由数片相同形状的导磁片沿该轴线L相并连而成(参见图1)以增加磁场强度。所述电枢线圈414能利用Y形接法或Δ形接法连接在一起。但由于这些并非本发明的特点在此不赘述。
该外转子42具有一个环绕安装于该外转轴22内周面的外环座421，及三组安装在该外环座421并绕着该轴线L等角度间隔分布的磁极对422。每一组磁极对422具有两个径向相对地对称设置于该外环座421的内周面的磁芯座423，及一组圈绕安装于所述磁芯座423以产生磁场的场绕线圈424。需要说明的是，本实施例设计有该外环座421，并将所述磁芯座423同体连接于该外环座421，是为了方便该外转子42的制造与组装，但实施上，所述磁芯座423也能直接安装于该外转轴22的内周面即可，不以本实施例为限。
在本实施例中，所述磁芯座423与该外环座421为单一导磁块一体成型的结构设计，在其他变化例中，所述磁芯座423与该外环座421也能由数片相同形状的导磁片沿着该轴线L相并连而成(参见图1)以增加磁场强度。
所述场绕线圈424通入电力时就能产生磁场，实施上，所述场绕线圈424能利用外激式、串激式、分激式或复激式的方式来产生磁场，或者每一组磁极对422也能直接利用一对永久磁铁来产生磁场，不以本实施例为限。
当外转子42的所述磁极对422与该内转子41的所述电枢绕组412相对旋转通过时，所述电枢线圈414就会产生感应电流输出，并利用数个滑环(图未示)分别将感应电流接出，当然输出时能利用一个整流器(图未示)来将产生出的感应电流由交流转换成直流，惟其并非本发明的重点所以不再说明。
本发明流力发电装置的每一个发电单元4有三组磁极对422与三组电枢绕组412，所以为三相六极的发电装置，但实施上，该磁极对422与该电枢绕组412的组数能依发电需求增减，例如该外转子42仅具有一组磁极对422，所述电枢绕组412的组数为三，则形成三相二极的发电装置，或者该磁极对422的组数为三，该内转子41仅具有一组电枢绕组412，则形成单相六极的发电装置，或者该磁极对422的组数为六，所述电枢绕组412的组数为三，则形成三相十二极的发电装置，因此设计上不以本实施例为限。
参阅图3、图6与图7，本发明流力发电装置使用时，当例如风力、潮汐、洋流等外力沿施力方向F推动该驱转单元3时，所述第一叶片模块31会带动该内转轴21往该第一转动方向C1旋转，并连动该内转子41旋转；同时，所述第二叶片模块32会带动该外转轴22往该第二转动方向C2旋转，并连动该外转子42旋转，当该外转子42与该内转子41相对旋转通过时，会切割该外转子42所产生的磁场，而产生感应电流输出。
由于该外转子42与该内转子41皆会转动，且往相反方向转动，使得该外转子42与该内转子41间的相对转动速度大幅提升，进而大幅提升发电效率，最佳地，本实施例能达到现有转子与定子相对转动速度的将近两倍。也正因为本发明的设计能提升发电效率，因此，在与现有发电机提供相同发电量的情况下，本实施例能相对减少该发电空间23中的发电单元4的数量，或者相对减少所述电枢线圈414与所述场绕线圈424的圈数，来降低所述发电单元4、所述电枢线圈414与所述场绕线圈424的材料成本，借此能降低本发明所需的花费，相当符合经济效益。当然，本发明若不减少该发电单元4的数量或所述电枢线圈414与所述场绕线圈424的圈数，则能相对增加发电量。
补充说明的是，本发明的该外转子42具有所述磁极对422以产生磁场，该内转子41具有所述电枢绕组412以产生感应电流，但实施上所述磁极对422与所述电枢绕组412也能相反设置，也就是说该内转子41具有所述磁极对422以产生磁场，该外转子42具有所述电枢绕组412以产生感应电流，并利用数个滑环(图未示)分别将感应电流接出，不以本实施例的形式为限。
综上所述，本发明流力发电装置，通过该转动单元2与该驱转单元3的设计，使所述发电单元4的内转子41与外转子42能分别朝相反方向转动，以提高该外转子42与该内转子41相对旋转通过时的相对转速，进而提升所述发电单元4的整体发电效率。此外，由于能增加发电效率，因此在能提供所需发电量的情况下，能相对减少所述发电单元4的数量，或者相对减少所述电枢线圈414与所述场绕线圈424的圈数，来降低材料成本，借此降低本发明所需的花费，相当符合经济效益，所以确实能达成本发明的目的。
参阅图8，本发明流力发电装置的第二实施例，与该第一实施例的结构大致相同，不同处在于：本实施例的每一个第一叶片模块31与该第二叶片模块31的格栅311径向往外延伸的长度较长，每一个第一叶片模块31与每一个第二叶片模块32还具有数个设置于该格栅311向外延伸的部分且呈碗形的风杯317。实施上也能每一个第一叶片模块31仅设置所述摆动叶片313；每一个第二叶片模块32仅设置所述风杯317，亦或是相反设置，不以本实施例为限。
参阅图9，本发明流力发电装置的第三实施例，与该第一实施例的结构大致相同，不同处在于：该轴线L为上下直立延伸，因此本实施例的发电装置为垂直式直立型发电机，能于本发明预定安装场地先行架设一个直立的柱状物以作为该轴杆11，该柱状物可例如但不限于：电线杆、路灯、建筑物的支撑杆柱，或者为树木的树干，等任何柱状结构。该轴杆11的截面形状可以是任何形态，可以为三角柱、四角柱、圆柱、H形柱…等等。本实施例的该轴杆11的底部伸入地面下。该内转轴21的该第一驱转段212由该第一发电段211向上延伸。该外转轴22包括一个供所述第二叶片模块32安装的第二驱转段221、一个间隔位于该第二驱转段221下方的第二发电段222，以及一连接于该第二驱转段221与该第二发电段222间且由上往下逐渐径扩的径扩段223。该内转轴21的该第一发电段211与该外转轴22的该第二发电段222及该径扩段223共同界定出该发电空间23。
由于直立式发电装置具有360°水平受风的优点，因此能适用于风向不定的地面风，相当具有市场竞争力。且通过上述的结构设计，让本发明能直接利用路面上、各种环境、场合所现有的柱状物作为本发明的轴杆11，于应用上非常方便，能安装的地点相当广泛，让本发明相当具有市场竞争力，对于风力发电产业有非常大的助益。另外，由于该外转轴22将该发电单元4完全包覆住，具有防雨水、露水与降雪的功能，且该径扩段223由上往下逐渐径扩的设计，当下雨、下雪或结露水时有助于水分顺着径扩段223外表面落至地面。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (8)

1.一种流力发电装置，包含：一个基座、一个转动单元、一个驱转单元，及至少一个发电单元，该基座包括一支轴杆，该转动单元包括一个能转动地套设于该轴杆外的内转轴，该驱转单元包括数个彼此角度相间隔地由该内转轴向外延伸且能受外力驱动而连动该内转轴往一个第一转动方向旋转的第一叶片模块，其特征在于：该转动单元还包括一个能转动地间隔套设于该内转轴外的外转轴，该驱转单元还包括数个彼此角度相间隔地由该外转轴向外延伸且能受外力驱动而连动该外转轴往一个相反于该第一转动方向的第二转动方向旋转的第二叶片模块，该至少一个发电单元包括一个安装在该内转轴并位于该内转轴与该外转轴间的内转子，及一个安装在该外转轴并位于该内转子与该外转轴间的外转子，该内转子会被该内转轴带动而绕该轴杆往该第一转动方向旋转，该外转子会被该外转轴带动而绕该轴杆往该第二转动方向旋转，当该内转子与该外转子彼此相对旋转时，会产生感应电流输出。
2.如权利要求1所述的流力发电装置，其特征在于：该内转轴具有一个间隔套设于该外转轴内且与该外转轴内外相配合界定出一个发电空间的第一发电段，及一个由该第一发电段向该发电空间外延伸且供所述第一叶片模块安装的第一驱转段。
3.如权利要求2所述的流力发电装置，其特征在于：每一个第一叶片模块与每一个第二叶片模块皆包括一个位于该远离该轴杆的一侧且呈弧形片状的方向导流板，该第一叶片模块的方向导流板沿该第一转动方向反向延伸，该第二叶片模块的方向导流板沿该第二转动方向反向延伸。
4.如权利要求3所述的流力发电装置，其特征在于：该轴杆为左右横向延伸。
5.如权利要求3所述的流力发电装置，其特征在于：该轴杆为上下直立延伸。
6.如权利要求5所述的流力发电装置，其特征在于：该外转轴包括一个供所述第二叶片模块安装的第二驱转段、一个间隔位于该第二驱转段下方的第二发电段，以及一个连接于该第二驱转段与该第二发电段间且由上往下逐渐径扩的径扩段，该内转轴与该第二发电段共同界定出该发电空间。
7.如权利要求3所述的流力发电装置，其特征在于：该内转子具有至少一组安装于该内转轴的电枢绕组，该外转子具有至少一组安装在该外转轴的磁极对，当该内转子与该外转子彼此相对旋转时，该至少一组电枢绕组会产生感应电流输出。
8.如根权利要求3所述的流力发电装置，其特征在于：该内转子具有至少一组安装于该内转轴的磁极对，该外转子具有至少一组安装在该外转轴的电枢绕组，当该内转子与该外转子彼此相对旋转时，该至少一组电枢绕组会产生感应电流输出。
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